新教材2021-2022学年高中物理人教版必修第三册课后巩固提升：第12章

第十二章电能ꢀ能量守恒定律
1.电路中的能量转化
合格考达标练
1.用一个额定电压为 220 V 的电热水器煮沸一壶水需要时间t,如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响,那么(ꢀꢀ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
A.当线路电压为 110 V 时,煮沸一壶水需要时间 2t
B.当线路电压为 110 V 时,煮沸一壶水需要时间
C.当线路电压为 55 V 时,煮沸一壶水需要时间 4t
D.当线路电压为 55 V 时,煮沸一壶水需要时间 16t
答案 D
解析由公式Q=t,煮沸一壶水所需的热量为Q=t。

当电压变为原来的时,所需热量没变,因此时间要变为原来的 4 倍,即 4t,选项 A、B 错误。

当电压变为原来的时,时间要变为原来的 16 倍, 即 16t,选项 C 错误,选项 D 正确。

2.额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯,各自在额定电压下正常工作了相同的时间。

比较它们产生的热量,结果是(ꢀꢀ)
A.电风扇最多
B.电烙铁最多
C.日光灯最多
D.一样多
答案 B
解析在三种用电器中,只有电烙铁是纯电阻用电器,将电能全部转化为内能,故选项 B 正确。

3.(2020 安徽合肥高二上学期期末)有一个电风扇,额定电压为U,额定功率为P,电动机线圈的电阻为R,把它接入电压为U 的电路中,下列计算时间t 内产生热量的方法中正确的是(ꢀꢀ) A.Q=t B.Q=Rt
C.Q=Pt
D.Q=2Rt
答案 B
解析电风扇正常工作时产生的热量是由内阻发热产生的,所以t 时间内产生的热量为Q=I2Rt; 由于是非纯电阻电路,故I<,故Q≠t,故 A 错误;由于I=,Q=I2Rt,故Q=Rt,B 正确、D 错误;电风扇的功率为P,而电风扇消耗的电能大部分转化为机械能,所以产生的热量Q<Pt,C 错误。

4.把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上,若要产生相等的热量,则两种方法所需的时间之比t 串∶t 并为(ꢀꢀ)
A.1∶1
B.2∶1
C.4∶1
D.1∶4
答案 C
解析设每根电热丝电阻为R0,则R 串=2R0,R 并=。

由Q=W=t 得t 串∶t 并=4∶1。

5.如图所示的电路中,输入电压U 恒为 12 V,灯泡 L 上标有“6 Vꢀ12 W”字样,电动机线圈的电阻R M=0.50 Ω。

若灯泡恰能正常发光,以下说法中正确的是(ꢀꢀ)
A.通过电动机的电流为 12 A
B.电动机的输入功率为 24 W
C.电动机的输出功率为 12 W
D.电动机的热功率为 2 W
答案 D
解析灯泡与电动机串联,通过的电流相等,则电流I==2 A,A 错误;电动机两端的电压为
U M=U-U L=6 V,所以电动机的输入功率为P=U M I=12 W,B 错误;电动机的发热功率为P 热
=I2R M=2 W,电动机的输出功率为P 出=P-P 热=10 W,C 错误,D 正确。

6.电热毯是人们常用的电热式家用电器,一般具有加热和保温功能,其工作原理的简化电路图如图所示,主要元件有电阻丝R1、R2 和自动开关 S,问:
(1)当开关 S 闭合和断开时,电热毯分别处于什么状态?
(2)电热毯由家庭电路供电,U=220 V,设加热时电热毯的功率为 400 W,保温时电热毯的功率为 40 W,则R1 和R2 分别为多大?
答案(1)S 闭合时为加热状态,S 断开时为保温状态
(2)121 Ωꢀ1 089 Ω
解析(1)由于是纯电阻电路,当 S 闭合时,R2 短路,电热毯消耗的电功率P1=;当 S 断开时,电热毯消耗的电功率P2=,故 S 闭合时为加热状态,S 断开时为保温状态。

(2)S 闭合时,由P1=得R1= Ω=121 Ω
S 断开时,由P2=
得R2=-R1= Ω=1 089 Ω。

7.如图所示为电动机的工作图,已知电动机内阻r=2 Ω,电阻R 阻值未知,直流电压U=120 V。

现电动机正常工作,测得工作电流为 2 A(理想电流表未画出),理想电压表示数为 100 V,求:
(1)电动机的输入功率。

(2)电阻R 的阻值。

(3)电动机的输出功率。

答案(1)200 Wꢀ(2)10 Ωꢀ(3)192 W
解析(1)由P=U1I 可得P=200 W
(2)由R=可得R=10 Ω
(3)由P 出=U1I-I2r 可得P 出=192 W
等级考提升练
8.把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路,调节变阻器使灯泡正常发光,甲、乙两电路所消耗的功率分别用P 甲和P 乙表示,则下列结论正确的是(ꢀꢀ)
A.P 甲=P 乙
B.P 甲=3P 乙
C.P 乙=3P 甲
D.P 乙>3P 甲
答案 B
解析设每个灯泡正常工作时的电流为I,则题图甲中电路的总电流为 3I,P 甲=12 V×3I,题图乙中电路的总电流为I,P 乙=12 V×I,故有P 甲=3P 乙,B 正确。

9.(多选)(2021 上海华东师大附中高二上期中)如图所示为某电学元器件的伏安特性曲线,图
中PQ 为曲线上P 点的切线。

当通过该元器件的电流为 0.4 A 时,下列说法正确的是(ꢀꢀ)
A.该元器件的阻值为 250 Ω
B.该元器件的阻值为 125 Ω
C.该元器件消耗的电功率为 20 W
D.该元器件消耗的电功率无法求解
答案 BC
解析由题图可知,当电流为 0.4 A 时,电压为 50 V,则由欧姆定律可知,该元器件的阻值为R=
Ω=125 Ω,故 B 正确,A 错误;由P=UI 可知,该元器件消耗的电功率为 20 W,故 C 正确,D 错误。

10.(2021 广西柳江中学高二期中)当纯电阻R 两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为 0.3 C,消耗的电能为 0.9 J。

为在相同时间内使 0.6 C 的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是(ꢀꢀ)
A.3 Vꢀ1.8 J
B.3 Vꢀ3.6 J
C.6 Vꢀ1.8 J
D.6 Vꢀ3.6 J
答案 D
解析设两次加在电阻R 上的电压分别为U1 和U2,通电的时间都为t。

由W1=U1q1 和W1=t,可得U1=3 V,=0.1 s/Ω。

再由W2=U2q2 和W2=t,可求出U2=6 V,W2=3.6 J,故选项 D 正确。

11.如图所示的电路中,纯电阻R=20 Ω,电动机线圈的电阻r=1 Ω,电路两端电压U=10 V,理
想电流表的示数为 2.5 A,则:
(1)通过电动机的电流为多少?
(2)通电 1 min,电动机做的有用功为多少?
答案(1)2 Aꢀ(2)960 J
解析(1)纯电阻R=20 Ω,电压U=10 V,故电流I R=
=0.5 A
通过电动机的电流I 电=I-I R=2.5 A-0.5 A=2 A
(2)电动机的总功率P=UI 电=10×2 W=20 W
电动机的发热功率P 热=r=22×1 W=4 W
故电动机的机械功率是
P 出=P-P 热=20 W-4 W=16 W
做的有用功W=P 出t=16×60 J=960 J
12.电饭煲的电路图如图所示,S1 是一个限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到 103 ℃时会自动断开;S2 是一个自动温控开关,当温度低于 60 ℃时会自动闭合,温度高于 80 ℃时会自动断开,红灯是加热状态时的指示灯,它在保温状态下是不亮的,黄灯是保温状态下的指示灯。

限流电阻R1=R2=500 Ω,加热电阻丝R3=50 Ω,两灯的电阻不计。

(1)根据电路分析,叙述电饭煲煮饭的全过程(包括加热和保温的过程)。

(2)简要回答,如果不闭合开关 S1,电饭煲能将饭煮熟吗?
(3)计算加热和保温两种状态下,电饭煲的消耗功率之比。

答案见解析
解析(1)电饭煲盛上食物后,接上电源,S2 自动闭合,同时把手动开关 S1 闭合,这时黄灯短路红灯亮,电饭煲处于加热状态。

加热到 80 ℃时,S2 自动断开,S1 仍闭合,待电饭煲中水烧干后,温度升高到 103 ℃时,开关S1 自动断开,这时饭已煮熟,黄灯亮,电饭煲处于保温状态。

由于电饭煲散热,待温度下降至 60 ℃时,S2 自动闭合,电饭煲重新处于加热状态,待温度上升到 80 ℃时,又自动断开,电饭煲再次处于保温状态。

(2)不能,因为如果不闭合 S1,则只能将食物加热至 80 ℃。

(3)设电饭煲处于加热状态时,功率为P1,P1=W=1 064.8 W
设电饭煲处于保温状态时消耗的功率为P2,则
P2= W=88.7 W
所以P1∶P2=12∶1。

2.闭合电路的欧姆定律
合格考达标练
1.如图所示为某手机电池的铭牌,第一行标有“3.8 Vꢀ3 000 mA·h(11.4 W·h)”。

对该铭牌参数的分析,下列说法中正确的是(ꢀꢀ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
Earlybird
A.铭牌中的 W·h 是能量的单位
B.铭牌中的 mA·h 是功率的单位
C.该电池放电时输出的总能量约为 11.4 J
D.该电池放电时输出的总电荷量约为 1.08×105 C
答案 A
解析功率乘以时间得到功,功和能量单位相同,故功率的单位乘以时间的单位是能量的单位, 故 A 正确;电流乘以时间得到电荷量,故电流的单位乘以时间的单位是电荷量的单位,故铭牌中的mA·h 是电荷量的单位,故 B 错误;该电池放电时输出的总能量约为 11.4 W·h=11.4×3 600 J=4.104×104 J,C 错误;该电池放电时输出的总电荷量约为 3 000 mA·h=3 000×10-3×3 600 C=1.08×104 C,故 D 错误。

2.如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I 图像,则下列说法正确的是(ꢀꢀ)
A.电动势E1=E2,短路电流I1>I2
B.电动势E1=E2,内阻r1>r2
C.电动势E1>E2,内阻r1<r2
D.当两电源的工作电流变化量相同时,电源 1 的路端电压变化较大
答案 A
解析由题图可知两电源的U-I 图线交纵轴于一点,则说明两电源的电动势相同;交横轴于两不同的点,可判断出电源 1 的短路电流大于电源 2 的短路电流,则 A 项正确,C 项错误。

又由两图线的倾斜程度可知图线 2 的斜率的绝对值大于图线 1 的斜率的绝对值,即电源 2 的内阻大于电源 1 的内阻,则可知 B 项错误。

由图像可判断当两电源的工作电流变化量相同时,电源 2 的路端电压的变化量大于电源 1 的路端电压的变化量,可知 D 项错误。

3.关于电源电动势,下列说法正确的是(ꢀꢀ)
A.电动势就是电源供给电路的能量
B.电源与外电路断开时,电动势等于其两端电压
C.电源接入电路时,其两端的电压就是电源电动势
D.电动势的大小一定等于电路中的电流与全电路电阻的乘积
答案 B
解析由电动势的定义知 A 错误;电源与外电路断开时,电源电动势在数值上才等于其两端电压,故 B 正确,C 错误;当外电路有非纯电阻时,电动势的大小不等于电路中的电流与全电路电阻的乘积,故 D 错误。

4.(2021 山东济宁鱼台一中高二月考)有关电压与电动势的说法中正确的是(ꢀꢀ)
A.电压与电动势的单位都是伏特,所以电压与电动势是同一物理量的不同叫法
B.电动势是电源两极间的电压
C.电动势公式E=中的W 与电压公式U=中的W 是一样的,都是电场力做的功
D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能的本领强弱的物理量
答案 D
解析电压与电动势是两个不同的概念,电动势公式E=中的W 是非静电力做的功,电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能的本领强弱的物理量;而电压公式U=中的W 则是电场力做的功,电动势的大小也不一定等于电压的大小,故 A、B、C 错误,D 正确。

5.(2021 湖北黄冈模拟)为了充分利用旧电池,小明使用一节新电池搭配一节旧电池共同为手电筒供电。

已知新旧电池的电动势均为 1.5 V,新电池内阻为 1 Ω,旧电池内阻为 8 Ω,手电筒采用的灯泡参数为“3 V,1.5 W”。

(1)新旧电池的输出功率分别为多少?
(2)结合计算结果思考,新旧电池能否搭配使用呢?
答案(1)0.26 Wꢀ-0.02 Wꢀ(2)不能
解析(1)由题意可知,灯泡内阻为:R==6 Ω;
由闭合电路欧姆定律知,电路中的电流为:I==0.2 A;
新电池的输出功率:P1=EI-I2r1=0.26 W;
旧电池的输出功率:P2=EI-I2r2=-0.02 W。

(2)新旧电池搭配使用时,旧电池的输出功率为负值,不向外输出反而消耗能量,充当用电器,故新旧电池不能搭配使用。

6.如图所示,电源的电动势E=10 V,内电阻r=1 Ω,定值电阻R1=5 Ω,R2=10 Ω,电动机的线圈电阻R3=0.5 Ω。

当开关 S 闭合,电动机转动稳定后,电压表示数U1=2 V,不计电动机除线圈电阻外其他损耗,求:
(1)R2 两端的电压U2。

(2)电动机的机械效率η。

答案(1)8 Vꢀ(2)70%
解析(1)根据闭合电路欧姆定律可知:E=U2+(I1+I2)r
根据欧姆定律可得通过R2 电流为:I2=
通过R1 的电流为:I1=
联立并代入数据解得:U2=8 V,I1=1.2 A;
(2)电动机的输入功率为:P=U1I1=2×1.2 W=2.4 W
电动机的发热功率为:P 热=R3=1.22×0.5 W=0.72 W
电动机的输出功率为:P 出=P-P 热=2.4 W-0.72 W=1.68 W
电动机的效率为:η=×100%=×100%=70%
等级考提升练
7.(多选)如图所示电路,电源电动势为E,内阻为r。

当开关 S 闭合后,小型直流电动机 M 和指示灯 L 都恰能正常工作。

已知指示灯 L 的电阻为R0,额定电流为I,电动机 M 的线圈电阻为R,则下列说法中正确的是(ꢀꢀ)
A.电动机的额定电压为IR
B.电动机的输出功率为IE-I2(R0+R+r)
C.电源的输出功率为IE-I2r
D.整个电路的热功率为I2(R0+R)
答案 BC
解析电动机不是纯电阻,不能满足欧姆定律,IR 不是电动机的额定电压,故 A 错误;根据能量守恒定律可知,电动机总功率为IE-I2(R0+r),内部消耗功率为I2R,故输出功率为IE-I2(R0+R+r), 故 B 正确;电源的总功率为IE,内部消耗功率为I2r,则电源的输出功率为IE-I2r,故 C 正确;整个电路的热功率为I2(R0+R+r),故 D 错误。

8.有两个阻值相同都为R 的电阻,串联起来接在电动势为E 的电源上,通过每个电阻的电流为I,若将这两个电阻并联起来,仍接在该电源上,此时通过一个电阻的电流为,则该电源的内阻是(ꢀꢀ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
A.R
B.
C.4R
D.
答案 C
解析由闭合电路欧姆定律得,两电阻串联时I=,两电阻并联时I=,解得r=4R,故选 C。

9.(多选)如图所示的U-I 图像中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系,直线Ⅱ为某一电阻R 的U-I 曲线,用该电源直接与电阻R 连接成闭合电路,由图像可知(ꢀꢀ)
A.R 的阻值为 1.5 Ω
B.电源电动势为 3 V,内阻为 0.5 Ω
C.电源的输出功率为 3 W
D.电源内部消耗功率为 1.5 W
答案 AD
10.(多选)如图所示,甲、乙为两个独立电源(外电路为纯电阻电路)的路端电压与通过它们的电流I 的关系图线,下列说法正确的是(ꢀꢀ)
A.电源甲的电动势大于电源乙的电动势
B.电源甲的内阻小于电源乙的内阻
C.路端电压都为U0 时,它们的外电阻相等
D.电流都是I0 时,两电源的内电压相等
答案 AC
解析图线与U 轴交点的坐标值表示电动势的大小,由图线可知,甲与U 轴交点的坐标值比乙的大,表明甲的电动势大于乙的电动势,故 A 正确;图线的斜率的绝对值表示电源内阻的大小(电动势与短路电流的比值),图线甲的斜率的绝对值大于图线乙的斜率的绝对值,表明甲的内阻大于乙的内阻,故 B 错误;甲、乙两图线的交点坐标为(I0,U0),外电路是纯电阻电路说明两电源的外电阻相等,故 C 正确;电源的内电压等于通过电源的电流与电源内阻的乘积,即U 内=Ir, 因为甲的内阻比乙的内阻大,所以当电流都为I0 时,甲电源的内电
压较大,故 D 错误。

故选 A、C。

11.(2021 广东广州一中模考)截至 2020 年 11 月 17 日凌晨,我国首次火星探测任务“天问一号”探测器已在轨飞行 116 天,飞行里程突破 3 亿千米。

卫星在太空飞行,主要靠太阳能电池提供能量。

有一太阳能电池板,测得它的开路电压为 800 mV,短路电流为 40 mA。

若将该电池板与一阻值为 20 Ω的电阻连成一闭合电路,则它的路端电压是多少?
答案 0.4 V
解析电池板没有接入外电路时,开路电压等于电池板电动势,所以电动势E=800 mV。

由闭合电路欧姆定律得短路电流I 短=,所以电池板内阻r= Ω=20 Ω,该电池板与 20 Ω的电阻连成闭合电路时,电路中电流I= mA=20 mA,所以路端电压U=IR=400 mV=0.4 V。

12.
(2021 山东德州月考)如图所示电路中,电源电动势E=12 V,内阻r=2 Ω,R1=4 Ω,R2=6
Ω,R3=3 Ω。

(1)若在C、D 间连一个理想电压表,其读数是多少?
(2)若在C、D 间连一个理想电流表,其读数是多少?
答案(1)6 Vꢀ(2)1 A
解析(1)若在C、D 间连一个理想电压表,根据闭合电路欧姆定律,有I1= A=1 A。

理想电压表读数为U V=I1R2=6 V。

(2)若在C、D 间连一个理想电流表,这时电阻R2 与R3 并联,并联电阻大小R23= Ω=2 Ω
根据闭合电路欧姆定律,有
I2= A=1.5 A
U3=E-I2(r+R1)=3 V
理想电流表读数为I==1 A。

3.实验:电池电动势和内阻的测量
课后篇巩固提升
合格考达标练
1.现要测量某电源的电动势和内阻。

可利用的器材有:电流表 A,电压表 V,阻值未知的定值电阻R1、R2、R3、R4、R5,开关 S,一端连有金属夹P 的导线 1,其他导线若干。

某同学设计的测量电路如图所示。

(1)测量时,改变金属夹P 所夹的位置,使R1、R2、R3、R4、R5 依次串入电路,记录对应的电压表的示数U 和电流表的示数I,数据如下表所示。

根据表中数据,在图中的坐标纸上将所缺数据点补充完整,并画出U-I 图线。

I/mA192 152 110 70 30
U/V 2.512.592.682.762.84
(2)根据U-I 图线求出电源的电动势E=ꢀꢀꢀV,内阻r=ꢀꢀꢀꢀΩ。

(内阻保留两位有效数字)
答案(1)图见解析ꢀ(2)2.90ꢀ2.0
解析(1)在图中的坐标纸上将所缺数据点补充完整,画出U-I 图线如图所示:
(2)由电源U-I 图像与纵轴的交点可以知道电源电动势E=2.90 V;电源内阻:r==2.0 Ω2.一同学用图甲电路测量电源的电动势和内阻。

所用的实验器材有:待测电源(电动势约为 3 V,内阻约为 7 Ω),保护电阻R1(阻值为 10 Ω),滑动变阻器R(阻值范围为 0~20 Ω),电流表,电压表,开关 S,导线若干。

他的主要实验步骤如下:
①按图甲连接电路;
②将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大,闭合开关;
③逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值,记下电压表的示数U 和相应电流表的示数I;
④以U 为纵坐标、I 为横坐标,作U-I 图像。

甲
乙
(1)测量电源的电动势和内阻,电压表应选用ꢀꢀꢀꢀ;电流表应选用ꢀꢀꢀꢀ。

(均选填选项标号)
A.电压表(0~15 V,内阻约为 15 kΩ)
B.电压表(0~3 V,内阻约为 3 kΩ)
C.电流表(0~300 mA,内阻约为 2 Ω)
D.电流表(0~30 mA,内阻约为 20 Ω)
(2)用该电路测量出多组数据,作出图乙所示的U-I 图像,则待测电源电动势E=ꢀꢀꢀV、内阻r=ꢀꢀꢀΩ。

(结果均保留两位有效数字)
答案(1)BꢀCꢀ(2)3.0ꢀ7.2
解析(1)由于待测电源的电动势约为 3 V,故电压表应该选择 B,由于电路中的最大电流约 176 mA,故电流表应该选择 C。

(2)由闭合电路欧姆定律可得U=E-Ir,故该图像与纵轴的交点为电源电动势,故电动势为
3.0 V;该图像斜率的绝对值表示电源内阻,故电源内阻为 7.2 Ω。

3.物理兴趣小组的同学在测两节干电池串联时的电动势和内阻时所用器材如下:
A.两节干电池串联:电动势约为 3 V,内阻约为 1 Ω;
B.电压表 V:量程 0~3 V,内阻为几千欧;
C.电流表 A:量程 0~100 mA,内阻为 4.5 Ω;
D.标准电阻R0:0.5 Ω;
E.滑动变阻器R:0~20 Ω;
F.开关、导线若干。

(1)该小组同学设计了如下图甲所示的电路图,请依据电路图用笔画线在图乙中将实物图连接完整。

甲
乙
丙
(2)实验中,该小组闭合开关,调节滑动变阻器,多次测量得出多组电压表示数U 和电流表示数
I,通过描点画出电源的U-I 图像如图丙所示,则该电源的电动势E=ꢀꢀꢀV、内阻r=ꢀꢀꢀꢀꢀΩ。

(结果均保留两位小数)
(3)由于电表内阻的影响,该电源的电动势测量值ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ真实值,内电阻的测量值ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ真实值。

(以上两空均选填“大于”“等于”或“小于”)
答案(1)见解析ꢀ(2)2.95(2.93~2.97)ꢀ0.95(0.93~0.97)ꢀ(3)小于ꢀ小于
解析(1)根据电路图,实物连接如图所示:
(2)根据闭合电路欧姆定律E=U+ I+ r
整理得U=E-I
电源的U-I 图像在U 轴上的截距为电动势,由图可得E=2.95 V;
由U-I 图像的斜率得Ω
解得r=0.95 Ω;
(3)如果考虑电表内阻的影响,根据闭合电路欧姆定律
E=U+ I+ r
整理得U=E-I
设电源的U-I 图像在U 轴上的截距为a
Earlybird
真实的电动势E'=·a
所以电源的电动势测量值小于真实值;
设电源的U-I 图像在U 轴上的斜率为k,内阻的测量值为r=
真实的内阻r'=
所以电源的内阻测量值小于真实值。

等级考提升练
4.(2021 江苏苏州高二期中)用实验测一电池的内阻r 和一待测电阻的阻值R x。

已知电池的电动势约 6 V,电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。

可选用的实验器材有:
电流表 A1(量程 0~30 mA);
电流表 A2(量程 0~100 mA);
电压表 V(量程 0~6 V);
滑动变阻器R1(阻值 0~5 Ω);
滑动变阻器R2(阻值 0~300 Ω);
开关 S 一个,导线若干条。

某同学的实验过程如下:
①设计如图所示的电路图,正确连接电路。

②将R 的阻值调到最大,闭合开关,逐次调小R 的阻值,测出多组U 和I 的值,并记录。

以U 为纵轴,I 为横轴,得到U-I 图线。

③断开开关,将R x 改接在B、C 之间,A 与B 直接相连,其他部分保持不变。

重复②中的步骤, 得到另一条U-I 图线,图线与横轴I 的交点坐标为(I0,0),与纵轴U 的交点坐标为(0,U0)。

回答下列问题:
(1)电流表应选用ꢀꢀꢀꢀꢀ,滑动变阻器应选用ꢀꢀꢀꢀꢀ。

(2)用I0、U0 和r 表示待测电阻的表达式R x=ꢀꢀꢀꢀꢀ,代入数值可得R x。

(3)若电表为理想电表,R x 接在B、C 之间与接在A、B 之间,滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置,两种情况相比,电流表示数变化范围ꢀꢀꢀꢀꢀ,电压表示数变化范
围ꢀꢀꢀꢀꢀ。

(均选填“相同”或“不同”)
答案(1)A2ꢀR2ꢀ(2)-rꢀ(3)相同ꢀ不同
解析(1)由电路图可以看出,滑动变阻器采用限流式接法,故滑动变阻器应选R2;根据题意,电池内阻和待测电阻阻值均为数十欧,又知电池的电动势约为 6 V,由欧姆定律可知电路电流为数十毫安,电流表 A1 量程太小,故电流表选用 A2。

(2)将R x 改接在B、C 之间后,由闭合电路欧姆定律有E=U+I(R x+r),即U=E-I(R x+r),可知=R x+r,则R x=-r。

(3)滑动变阻器接入电路的阻值变化相同时,电流表示数变化范围相同,电压表测的是不同电阻两端的电压,所以示数变化范围不同。

5.在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,备有下列器材:
A.干电池E(电动势约为 1.5 V,内电阻约为 1.0 Ω)
B.电压表 V(0~15 V,内阻约为 10 kΩ)
C.电流表 A(0~0.6 A,内阻约为 0.1 Ω)
D.灵敏电流计 G(满偏电流I g=3 mA,内阻R g=10 Ω)
Earlybird
E.滑动变阻器R1(0~10 Ω,最大电流约为 10 A)
F.滑动变阻器R2(0~100 Ω,最大电流约为 1 A)
G.定值电阻R3=990 Ω
H.开关、导线若干
(1)为了方便且能较准确地进行测量,其中应选用的滑动变阻器是ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(选填“R1”或
“R2”)。

(2)请在方框内画出合适的实验电路图,并在图中标上所选用器材的符号。

ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)如图所示为某一同学根据他设计的实验,绘出的I1-I2 图线(I1 为电流表 G 的示数,I2 为电流表 A 的示数),由图线可求得被测电池的电动势E=ꢀꢀꢀV,内电阻r=ꢀꢀꢀꢀΩ。

(结果均
保留两位小数)
答案(1)R1ꢀ(2)见解析图ꢀ(3)1.48ꢀ0.82(0.81~0.85)
解析(1)滑动变阻器起调节电路作用,若总电阻太大,则调节时电阻变化过大,故应选取小一点的电阻,约为内阻的十倍即可,故选R1;
(2)电路直接采用串联即可,15 V 电压表量程过大,可以用灵敏电流计与定值电阻串联,充当电压表使用,并联在电源两端,电路图如图所示;
(3)灵敏电流计与定值电阻R3 串联后的量程为U=I g(R3+R g)=3 V,由题图可知纵轴截距为1.48 mA,则对应的电压值为 1.48 V,即电源的电动势E=1.48 V,内阻r= Ω=0.82 Ω。

6.将一铜片和一锌片分别插入一个苹果内就构成了简单的“水果电池”,其电动势约为 1.5 V,内阻约几百欧姆。

为了测定水果电池的电动势和内阻,提供的实验器材有:水果电池、电流表
A(量程 0~3 mA,内阻约为 0.5 Ω)、电压表 V(量程 0~1.5 V,内阻约为 3 kΩ)、滑动变阻器R1(阻值 0~3 kΩ,额定电流为 1 A)、开关、导线若干。

Earlybird
(1)应选图ꢀꢀꢀꢀ(选填“a”或“b”)电路图实验。

(2)根据实验记录的数据,经描点、连线得到水果电池的路端电压随电流变化的U-I 图像如图所示,由图可知,水果电池的电动势E=ꢀꢀV,内阻r=ꢀꢀΩ。

答案(1)aꢀ(2)1.35ꢀ450
解析(1)由题意可知水果电池内阻较大,为减小实验误差,相对于电源来说,电流表应采用内接法,因此应选择图 a 所示电路图。

(2)由图示电源U-I 图线可知,图像与纵轴截距为 1.35,则电源电动势为:E=1.35 V;
电池内阻为:r= Ω=450 Ω。

习题课:闭合电路欧姆定律的应用
合格考达标练
1.
欧姆表电路及刻度盘如图所示,现因表头损坏,换用一个新表头。

甲表头满偏电流为原来表头的 2 倍,内阻与原表头相同;乙表头满偏电流与原表头相同,内阻为原表头的 2 倍,则换用甲表
头和换用乙表头后刻度盘的中值电阻分别为(ꢀꢀ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
A.100 Ω,100 Ω
B.200 Ω,100 Ω
C.50 Ω,100 Ω
D.100 Ω,200 Ω
答案 C
解析由欧姆表改装原理及闭合电路欧姆定律可得,甲表头满偏电流为原表头的 2 倍,内阻与
原表头相同,在电动势不变的情况下,其中值电阻变为原来的,即 50 Ω;乙表头满偏电流与原表头相同,内阻为原表头的 2 倍,在电动势不变的情况下,其中值电阻不变,即 100 Ω,则 C 正确,A、B、D 错误。

Earlybird
2.如图所示,电源电动势为E、内阻为r,电流表、电压表均为理想电表,当开关闭合后,三个小灯泡均能正常发光,当滑动变阻器的触头P 向右移动时,关于灯泡的亮度和电表示数变化情况,下列说法正确的是(小灯泡不会烧坏)(ꢀꢀ)
A.L1 变亮,L2 变暗,L3 变暗
B.L1 变暗,L2 变暗,L3 变亮
C.电流表 A 的示数变大,电压表 V 的示数变小
D.电流表 A 的示数变小,电压表 V 的示数变小
答案 B
解析滑动变阻器滑片P 向右移动,阻值增大,总阻值增大,根据闭合电路欧姆定律可知,干路电流减小,路端电压增大,故电流表示数变小,电压表示数变大,故 C、D 错误;干路电流减小,则灯泡 L1 两端电压减小,变暗,路端电压增大,则并联电路电压增大,灯泡 L3 两端电压增大,变亮,流过灯泡 L2 的电流减小,变暗,故 A 错误,B 正确。

3.
如图所示的U-I 图像中,Ⅰ是电源的路端电压随电流变化的图线,Ⅱ是某电阻两端的电压随电流变化的图线,该电源向该电阻供电时,电阻消耗的功率和电源的效率分别为(ꢀꢀ)
A.4 W 和 33.3%
B.2 W 和 66.7%
C.2 W 和 33.3%
D.4 W 和 66.7%
答案 D
解析由图像可知,电阻的阻值大小为R= Ω=1 Ω,电源的电动势大小为E=3 V,内阻为r=0.5 Ω,电源的效率η=×100%=66.7%,电阻消耗的功率P=IU=2×2 W=4 W,故选项 D 正确。

4.(2021 重庆十八中月考)小华设计了如图所示的输液提示器,在护士站能够观察到药液量的变化。

当袋中药液量减少时(ꢀꢀ)
A.电压表示数减小,灯泡亮度变暗
B.电压表示数减小,灯泡亮度变亮
C.电压表示数增大,灯泡亮度变暗
D.电压表示数增大,灯泡亮度变亮
答案 B
解析当袋中药液量减少时,弹簧的形变量减小,弹簧会带动滑片P 向上滑动,所以变阻器接入电路的电阻减小,电路中的总电阻减小,根据闭合电路的欧姆定律可知电路中的电流增大,即
Earlybird。